燃料电池汽车研究及其商业化进展(通用汽车公司学术报告)
燃料电池汽车发展的研究与分析
１ 技 术 类 型和 燃 料 选 择
国际市 场上 一直 在探 讨燃 料 电池 汽 车 的价 值
和 问题所 在 ， 令 大 家 关 注 的是 车载 氢 气 的 存 储 最 形式 、 料 电池汽 车 的功率 、 驶 里 程及 基 本 驾驶 燃 续 质量 。燃 料 电池汽 车 的发展 一 开 始 就依 赖 质 子交
汽 车的发 展 。
２ 各地 区的发展和应用情况
由于燃料 电池 汽 车 具 有 环 保 意 义 ， 因此 各 大 汽 车制造 商都 在 寻找检 验产 品并 最终 投 放 市 场 的
途径 。 图 １是对 燃料 电池 汽 车发展 情况 的统 计 。
２ ０ 年发展 地区 ０４ ２０ ２０ ０ ０ ０ ３年发展地 区
Ｃ ｌ 、 特汽 车公 司 的 Ｆ ｃｓ以及 通 用 汽车公 司 的 ｅｌ 福 ｓ ｏｕ
获得 可 接受 续驶 里 程 的关 键 。与 传 统 的 ５０ ｓ ００ｐｉ 电池 系统 相 比， １万 ｐｉ ｓ 的氢 气 存储 量 增 加 ７％ 。 ０
在 ２０ ０ ４年 只有 Ｐ ｕ Ｓ ｈ ｒｒＩｓ ｔｔ 铃 木 汽车 ａ ｌ ｃｅｅ ｎｔｕｅ和 ｉ 公 司 两 家 机 构 应 用 １ ｐｉ 燃 料 电 池 系 统 。 万 ｓ的 尽
维普资讯
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燃 料 电池汽 车发展的研 究与分析
马 明 （ 中国汽车技术研究 中心）
【 摘要】 描述了 欧洲、 美国、 本等世界发达国家及中国的燃料电池汽车发展动态， 日 针对各国现阶段对
于燃料 电池 汽车采取 的态度 、 技术选择 、 发展规划和政府支持等情况进行 了详 细的研究 和分析。
换膜 （ Ｅ 燃 料 电池 堆 。事 实 上 ， 国所 有 的燃 Ｐ Ｍ） 德 料 电池 汽车 都选 择 应用 压 缩 氢 气 和 Ｐ Ｍ 电池 堆 。 Ｅ
燃料电池的应用现状和未来发展方向
燃料电池的应用现状和未来发展方向燃料电池（Fuel cell）被认为是一种革命性的能源转换技术，可以直接将燃料（通常为氢气）和氧气在没有燃烧的情况下，通过化学反应产生电能，并且只产生水和热作为副产品。
由于其高能量密度、环保清洁和高效能等优势，燃料电池被广泛研究和应用于各个领域，包括交通运输、家庭能源、航空航天和移动通信等。
本文将介绍燃料电池的应用现状以及未来的发展方向。
一、燃料电池的应用现状1. 交通运输领域燃料电池在交通运输领域的应用是其最为重要的领域之一。
目前，燃料电池汽车已经进入商业化阶段，且持续发展。
例如，丰田汽车的Mirai、日产汽车的e-NV200 FCV和本田汽车的Clarity等燃料电池汽车已经在市场上销售。
这些汽车通过燃料电池将氢气转化为电能，驱动电动机工作，实现了零排放和长续航里程的特点。
此外，燃料电池也被应用于公交车、货车和火车等公共交通工具中，以实现环保清洁的运输方式。
2. 家庭能源领域随着能源危机的日益严重和环境意识的增强，人们对于可持续能源的需求不断增加。
燃料电池被看作是一种有效的家庭能源解决方案。
家用燃料电池系统可以将天然气等燃料转化为电能供家庭使用，同时还能提供热能用于供暖和热水。
这种系统不仅能够减少对传统能源的依赖，还能降低碳排放和室内空气污染。
3. 航空航天领域燃料电池在航空航天领域的应用也引起了广泛关注。
相比传统的燃油动力系统，燃料电池可以提供更高的能量密度和更低的重量，从而提高飞机的性能和航程。
燃料电池在无人机、卫星和宇航器上的应用已取得了一定的成果，为航空航天技术和探索提供了新的突破。
4. 移动通信领域移动通信设备的使用急剧增加，对于高能量密度和长续航时间的需求也越来越大。
燃料电池被广泛探索作为移动通信设备的电源解决方案。
例如，燃料电池可以用于手机、平板电脑和笔记本电脑等便携式设备，以延长电池的使用时间和提高使用体验。
燃料电池技术的不断发展为移动通信领域带来了更大的潜力。
探讨新能源汽车电池类型现状及发展趋势
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车1 引言当前，新能源汽车电池市场呈现出多种类型并存的局面。
锂离子电池因其高能量密度、长寿命和快速充电等优点成为主流选择，固态电池、镍氢电池、超级电容器等也存在各自的适用领域。
然而，这些电池在技术成熟度、成本和市场接受度等方面仍面临诸多挑战，需随技术变革和市场需求的变化持续进行创新与突破，以实现能源更高效的利用。
2 新能源汽车电池类型介绍2.1 铅酸电池铅酸电池是最早应用于新能源汽车的电池类型，具有成本低、稳定性好等优点，同时也存在能量密度低、充电次数少等缺点。
铅酸电池主要由正极、负极和电解液构成，还包括连接线、外壳、端子、电池盖、电池槽等结构（如图1所示）。
其中，正极活性物质主要成分为二氧化铅（PbO2），呈棕红色；负极活性物质主要成份为绒状（海绵状）纯铅，呈深灰色[1]，电池内部还需要隔板等构造将正、负极板互相绝缘，以防止正负极接触短路，保证各个部分能够正常工作的同时又能相错工作。
图1 铅酸电池的组成结构极柱汇流排负极板正极板电池槽电池盖端子隔板应祺煜上汽集团创新研究开发总院 上海市 201804摘 要：随着全球气候变化和环境问题日益严重，新能源汽车已成为未来可持续交通发展的重要方向。
电池作为新能源汽车的核心组成部分，其性能、安全性、成本及寿命等方面会直接影响到新能源汽车的市场接受度和整体发展。
结合针对当前新能源汽车电池类型现状的探析，汽车行业仍需加大研发与创新力度，从而进一步助推新能源汽车可持续发展，并创造更大的生态效益与经济效益。
关键词：新能源汽车 电池类型 现状 发展趋势Discussion about the Current Situation and Development Trend of New Energy Vehicle Battery TypesYing QiyuAbstract： W ith the increasing severity of global climate change and environmental problems, new energy vehicles have become an important direction for the development of sustainable transportation in the future. As the core component of new energy vehicles, the performance, safety, cost and life of batteries will directly affect the market acceptance and overall development of new energy vehicles. Combined with the analysis of the current status of new energy vehicle battery types, the automotive industry still needs to increase R&D and innovation, so as to further promote the sustainable development of new energy vehicles and create greater ecological and economic benefits.Key words： N ew Energy Vehicles, Battery Types, Current Situation, Development Trends探讨新能源汽车电池类型现状及发展趋势当前在新能源汽车上，铅酸电池主要用于为低压电器供电和作为轻型车的动力电池。
燃料电池汽车发展的研究与分析
燃料电池汽车发展的研究与分析清洁能源利用和开发的升温使得燃料电池汽车逐步成为世界各国关注的热点。
与以前相比，欧美日各国的进步不仅体现在技术和工业上，而且体现在主流市场的发展上，一些燃料电池研发的主力城市，如：柏林、纽约、旧金山、东京等，都已不再一味坐等政府指示，而开始专心打造自己的发展路线。
这些城市将燃料电池和氢经济看作是改善环境和经济的机会，积极鼓励推进燃料电池汽车的发展。
1 技术类型和燃料选择国际市场上一直在探讨燃料电池汽车的价值和问题所在，最令大家关注的是车载氢气的存储形式、燃料电池汽车的功率、续驶里程及基本驾驶质量。
燃料电池汽车的发展一开始就依赖质子交换膜（PEM）燃料电池堆。
事实上，德国所有的燃料电池汽车都选择应用压缩氢气和PEM电池堆。
尽管通用汽车公司在Hydrogen 3上依然使用液态氢，但也已经开始酝酿使用压缩氢气，这是企业弱化使用液态氢的一个信号。
压缩技术水平的提高是使用气态氢的分水岭。
新技术领域中，1万psi氢气存储系统的发展为燃料电池汽车提供了足够的车载氢气，是汽车获得可接受续驶里程的关键。
与传统的5000 psi电池系统相比，1万psi的氢气存储量增加70%。
在2004年只有Paul Scherer Institute和铃木汽车公司两家机构应用1万psi的燃料电池系统。
尽管到2005年，只有不到1/10的新燃料电池汽车应用这种高压存储系统，但今后其使用率会显著增加。
同时，混合动力燃料电池汽车也已经有所发展，现在燃料电池汽车中有30%为混合动力汽车。
混合动力燃料电池汽车的优点在于行驶里程更远、燃料经济性更好，其缺点是增加了汽车的复杂性和成本。
2 各地区的发展和应用情况由于燃料电池汽车具有环保意义，因此各大汽车制造商都在寻找检验产品并最终投放市场的途径。
图1是对燃料电池汽车发展情况的统计。
通过上图可以预测欧洲和日本是未来燃料电池汽车发展实力最强的地区。
但调查发现燃料电池汽车应用最多的地区却是在北美（包括美国和加拿大），占全部汽车数量的55%（见图2）。
新能源汽车行业及相关上市公司研究报告
三、锂离子电池产业价值链分析
图十、2009年全球锂电池需求分布
数据来源：日本IIT
从统计数据看目前 锂电池的主要运用 领域是手机笔记本 等电子消费品领域 在新能源汽车领域 的运用尚处于早期 起步阶段
三、锂离子电池产业价值链分析
1.锂电池前景分析
2009年之前电动汽车主要采用镍氢电池作为动力源使得锂电池在电动车领域运用较少从 2010年开始汽车制造商开始大幅提高锂电池的使用比例2010－2013年为锂电池电动汽车 的快速成长期并于2013年达到226万辆年均复合增长率为124.78%2013－2018年将进入稳 步发展阶段2018年达到近600万辆年均复合增长率为20.90%
2009.3.20 国务院发布汽车产业振兴规划要求电动汽车产销形成规模改造现有生产能力形成50万辆 纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能新能源汽车销量占乘用车销售总量的5% 左右推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化掌握新能源汽车的专用发动机和 动力模块电机、电池及管理系统等的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术建立动力模块生产 体系形成10亿安时Ah车用高性能单体动力电池生产能力
一、新能源汽车发展趋势
发展新能源汽车是我国乃至世界重要汽车消费国降低 石油对外依存度减缓能源安全实现节能减排目标的不 二选择
1.新能源汽车分类
新能源汽车
能源类型
石油类燃料 燃气
替代燃料 生物质能源
电能
汽车类型
清洁柴油车、混合动 力车
压缩天然气车CNG、液 化石油气LPG车
煤制油、汽制油、二 甲醚汽车
镍氢电池
锂电池
燃料电池
电机系统
电控系统
燃料电池汽车技术现状与发展趋势分析
燃料电池汽车技术现状与发展趋势分析近年来，低碳环保成为全球汽车行业发展的主要趋势。
燃料电池作为一种新型的清洁能源，以其高效、无污染的特点备受关注。
燃料电池汽车是一种利用氢气作为燃料进行动力转换的汽车，其优点包括零排放、高效率、低噪音等，是未来汽车发展方向的趋势之一。
本文将对燃料电池汽车技术的现状与发展趋势进行分析。
一、燃料电池汽车技术现状目前，燃料电池汽车技术已经进入了商业化阶段。
按照燃料电池的不同类型，可分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和碱性燃料电池（AFC）等。
其中，PEMFC最为成熟，也是目前商业化应用最广泛的燃料电池汽车技术。
在国内，北汽新能源、比亚迪等车企已经成功推出了多款燃料电池汽车，并开始进行批量生产。
目前，我国燃料电池汽车的总量已经超过1000辆，但还远远满足不了未来市场的需求。
因此，燃料电池汽车技术的进一步发展仍需加强。
二、燃料电池汽车技术发展趋势1.燃料电池核心技术持续提升燃料电池核心技术是影响燃料电池汽车发展的最重要因素。
在氢气储存、电化学催化和高温材料等方面，燃料电池汽车技术仍需进一步提升。
特别是在氢气储存方面，目前的技术存在成本高和安全隐患等问题，需要不断研究和创新。
2.燃料电池汽车商业化加速随着燃料电池汽车技术的不断成熟，燃料电池汽车商用化步伐正在加速。
同时，政府对燃料电池汽车的支持力度也在不断加大，为燃料电池汽车的发展提供了良好的政策环境。
未来，燃料电池汽车将逐渐进入大众市场，并占据汽车市场的一定份额。
3.燃料电池汽车关键零部件国产化燃料电池汽车关键零部件的国产化将有助于减少对进口零部件的依赖，节约成本，同时提高燃料电池汽车产业的自主创新能力。
目前，国内燃料电池核心部件的国产化率已经有所提高，但整个产业链的国产化率仍然不高，需要进一步加大投入。
4.燃料电池汽车应用场景不断拓展燃料电池汽车应用场景的不断拓展也是未来发展的重点之一。
目前，燃料电池汽车主要应用于出租车、公交车等城市公共交通领域。
国内外车用燃料电池研究现状及思考
国内外车用燃料电池研究现状及思考【摘要】车用燃料电池作为新型清洁能源技术，受到了国内外广泛关注和研究。
本文通过对国内外车用燃料电池研究现状的调研分析，发现目前国外在燃料电池技术方面处于领先地位，拥有较为成熟的技术和产业链，而国内虽然存在一定研究基础，但与国外仍有一定差距。
文章也指出了当前燃料电池研究存在的问题，例如成本高、寿命短等，并对未来发展方向提出了建议，如降低成本、延长使用寿命。
通过对比分析国内外燃料电池研究现状，提出了一些启示和借鉴意见。
本文不仅总结了当前研究现状并展望未来发展，也为燃料电池技术的进一步发展和应用提供了一定的参考价值。
【关键词】车用燃料电池, 研究现状, 国内, 国外, 问题, 发展方向, 对比分析, 总结, 展望, 价值。
1. 引言1.1 背景介绍车用燃料电池是一种新型的清洁能源汽车动力系统，其具有高效能、零排放、环保等优点，被认为是未来汽车发展的重要方向之一。
随着全球能源危机和环境污染问题的日益突出，车用燃料电池技术的研究与应用也成为各国政府和企业重点关注的领域之一。
国内外许多科研机构、高校和企业纷纷投入车用燃料电池的研究开发工作，力求在技术、产业化等方面取得突破。
目前我国对车用燃料电池的研究进展迅速，已经形成了一定规模的研究团队，并取得了一系列重要的科研成果。
与国外发达国家相比，我国在车用燃料电池的研究与应用方面仍存在一定的差距，亟待加大投入力度，加速技术进步，提升我国在该领域的国际竞争力。
对国内外车用燃料电池研究现状进行综合分析和比较，探讨存在的问题及未来发展方向，具有重要的理论和实际意义。
本文将在此基础上展开深入探讨。
1.2 研究意义车用燃料电池作为新能源汽车的核心动力源之一，具有高效、环保、节能的特点，对于解决能源紧缺和环境污染问题具有重要意义。
随着全球能源和环境形势的日益严峻，燃料电池技术的研究和应用愈发受到重视。
国内外对于车用燃料电池的研究也在不断深入，取得了一系列重要成果。
氢动力汽车的技术发展与市场应用前景
氢动力汽车的技术发展与市场应用前景随着气候变化和环境保护的重要性日益凸显，氢动力汽车作为一种清洁能源汽车备受关注。
本文将围绕氢动力汽车的技术发展和市场应用前景展开研究，通过对相关数据和资料的深入分析，探讨氢动力汽车在未来的发展方向和潜力。
一、氢动力汽车的技术发展历程氢动力汽车是一种利用氢气作为燃料的新型汽车，相较于传统燃油汽车，氢动力汽车具有零污染、高效能的特点。
氢动力汽车的技术发展可以追溯到上个世纪，当时科学家们就开始在实验室中探索利用氢气作为燃料的可能性。
经过多年的研究和实践，氢动力汽车的技术逐渐成熟，逐渐进入了商业化阶段。
二、氢动力汽车的技术原理及特点氢动力汽车的工作原理是将氢气与氧气在燃烧室内燃烧，产生水蒸汽和电能，从而驱动汽车运行。
与传统燃油汽车相比，氢动力汽车没有尾气排放，具有零污染的特点。
此外，氢动力汽车的能量密度高，续航里程长，充电时间短，是一种非常有潜力的清洁能源汽车。
三、氢动力汽车的市场应用情况目前，氢动力汽车在全球各地开始逐渐进入市场。
许多汽车制造商开始推出氢动力汽车，并建设相应的加氢站，以满足用户的需求。
一些国家也出台了相关，鼓励人们购买氢动力汽车，促进清洁能源汽车的发展。
在未来，随着氢燃料技术的不断成熟，氢动力汽车的市场份额将会不断增加。
四、氢动力汽车的未来发展前景氢动力汽车在未来有着广阔的发展前景。
首先，在环境保护和气候变化日益受到重视的背景下，人们对清洁能源汽车的需求不断增加，氢动力汽车作为一种零排放的汽车将会受到更多用户的青睐。
其次，随着氢燃料技术的不断进步，氢动力汽车的性能将逐渐提升，续航里程将不断增加，使用成本将逐渐降低，有望成为一种更加普及的清洁能源汽车。
总之，氢动力汽车作为一种新型的清洁能源汽车，具有很大的市场潜力和发展空间。
随着氢燃料技术的不断进步和的不断支持，氢动力汽车将会在未来取得更大的成功，并成为推动汽车工业转型升级的一个重要力量。
希望本文的研究能够对氢动力汽车的发展和市场应用做出贡献，为清洁能源汽车的推广和普及提供参考。
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Stack and Fuel Cell System Requirements
Fuel Cell System, (H2 in, Electricity Out)
Cost Performance
• • • • Efficiency of >50% Volumetric Power Density 95°C Peak Temperature -40°C Freeze Capable •$25/kW Fuel Cell System ÞFuel Cell Stack
• Durability (Must last 240,000 km)
Increased membrane robustness Cathode material stability
• Cost (Cost equal to current vehicle products, stack target of $15/kW)
•
GM is deploying the world’s largest fleet of fuel cell electric vehicles to date for market testing
3 US locations, Europe and Asia Over 100 vehicles to be deployed to various customers
kW kW/l kW/kg cells cm2 bar
103 kW 2.70 kW/l 1.60 kW/kg
• Automotive power density target of >2 kW/liter is achievable
Beijing Fuel Cell Materials Workshop 12 Fuel Cell Activities
Fuel Cell Activities
Remaining Fuel Cell Stack Challenges
• Performance (Must drive like current vehicle products)
Hot-day, high-load heat rejection Cold start performance below -20°C Range of >500 km
Reduction to ~10 gm of platinum (from ~50 today) Elimination of expensive plate materials (e.g. Ni) Cell component processing times of seconds
Beijing Fuel Cell Materials Workshop
kW kW/l kW/kg cells cm2 bar
80-120 1.30 0.76 200 800 1.5-2.7
kW kW/l kW/kg cells cm2 bar
85 1.31 0.80 200 760 1.2-2.5
kW kW/l kW/ 1.64 1.00 ~400 360 1.2-2.0
Beijing Fuel Cell Materials Workshop 7 Fuel Cell Activities
Market
GM is Taking Fuel Cell Electric Vehicles to the Market Test Level – Project Driveway
11
Fuel Cell Activities
General Motors Fuel Cell Stack Progress
3.0 2.0 1.0 0.0
Volumetric Power Density (kW/l) Gravimetric Power Density (kW/kg)
ST3 1997
Warren, MI • Basic Stack Research • Hydrogen Storage R&D • Vehicle Integration Eng Honeoye Falls, NY • Stack R&D • Fuel Cell System R&D Mainz-Kastel, Germany • Hydrogen Storage R&D • FC Vehicle Development
• •
E-Flex with … Fuel Cell Variant
10
Electric drive vehicle Release in 2010-2012 timeframe, depending on technology development pace
Beijing Fuel Cell Materials Workshop
Beijing Fuel Cell Materials Workshop
6
Fuel Cell Activities
GM’s Fuel Cell Advanced Technology Vehicle Progression
AUTOnomy Hy-wire Sequel
Auto-Competitive FCV
• Membrane/Electrode Assembly
Membrane Catalyst/Support Diffusion Media Bipolar Plates
• Summary
Beijing Fuel Cell Materials Workshop
5
Fuel Cell Activities
GM Fuel Cell Vehicle Status
Next Gen FCV
2007
TBD TBD TBD
HydroGen3 (demo)
2003
Gen 3
2000
Gen 4
2004
Next
FCPS Technology R&D • Concept vehicles demonstrate a future vision • Production platforms used to get real world experience in small fleets
Beijing Fuel Cell Materials Workshop 9 Fuel Cell Activities
GM’s E-Flex Powertrain and Chevrolet Volt Vehicle Concepts
E-Flex with … ICE Range-Extender
ST4 1998
Stack 2000 2000
S2.1 2003
S4 2004
Research 2006
Research Full Size Stack Concept
37-41 0.26 0.16 80-195 500 2.7
kW kW/l kW/kg cells cm2 bar
40 0.77 0.31 106 500 2.7
Hurdles in the Race to Automotive Fuel Cell Commercialization
Materials Status/Needs for Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC) Stacks
Mark Mathias Chunxin Ji
General Motors – Fuel Cell Activities Honeoye Falls, NY 14472
Dec. 11, 2007
Beijing Fuel Cell Materials Workshop
1
Fuel Cell Activities
GM’s Fuel Cell R&D Facilities
Beijing Fuel Cell Materials Workshop
4
Fuel Cell Activities
Outline
• GM Fuel Cell Vehicle Status
Fleet Programs Gaps to Commercial Requirements
• Fuel Cell Materials Issues and Needs
Beijing Fuel Cell Materials Workshop
8
Fuel Cell Activities
GM’s Next Generation Fuel Cell Vehicles
• Fully functional 4passenger crossover vehicle • Expected to meet Federal Safety and ZEV requirements • 0-100 km/h in 12 s, 160 km/h max speed • 320-km range • Freeze durable over vehicle life • Chevrolet branded